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柴油机 机体 机械 加工 工艺 及其 镗孔 夹具 设计

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第22卷第12期 荆门职业技术学院学报 2007年12月Vol . 22 No. 12 Journal of Jingmen Technical CollegeDec. 2007收稿日期 2007 - 10 - 28作者简介刘长青(1972 - ) ,女,湖北宜昌人,荆楚理工学院副教授。研究方向:机械制造及自动化。E - mail: hui2beiwwwbbbyahoo. com. cn。基于机床夹具的加工精度分析刘长青(荆楚理工学院 学报编辑部,湖北 荆门 448000)摘 要 对工件在夹具上加工的精度进行分析,可在夹具总图上合理标注尺寸及公差;通过加工精度的校核,可论证夹具设计方案的可行性,确定夹具元件和装置的结构尺寸和精度。关键词 夹具设计;加工精度;加工误差;标注;结构设计中图分类号TH161+. 22文献标识码A文章编号1008 - 4657 (2007) 12 - 0014 - 04在夹具总图上标注尺寸、 公差,对夹具元件、 装置进行结构设计是夹具设计的重要内容,也是比较棘手的工作。设计中往往出现一些问题:尺寸、 公差标注不完整,或标注杂乱无章,影响装配图的效果和装配工作;当按一般原则确定了夹具元件、 装置的方案后,结构设计太过抽象,参数选择没有明确的依据,影响夹具设计的可信度和可行性。本文从工件在夹具上加工的精度分析入手,探讨其在解决以上两个问题的技术途径。图1 工件在夹具上加工的加工误差1 与夹具有关的加工误差在机床 夹具 刀具 工件所组成的机械加工工艺系统中,凡是影响刀具和工件正确位置的因素,都将引起加工误差。其中与夹具有关的因素有:定位误差 D、 对刀误差 T、 夹具在机床上的安装误差 A和夹具误差 J。影响加工精度的其它因素综合称为加工方法误差 G。工件在夹具上加工的加工误差及关系如图1所示。1)定位误差 D定位误差 D包括基准不重合误差 B和基准位移误差 Y,D=B Y。根据工序图上工序尺寸的标注和本工序所选择的定位基准,判断工序基准与定位基准是否重合,若不重合,则 B=B,B为工序基准与定位基准在加工尺寸方向上距离尺寸的公差;基准位移误差 Y是定位基准在加工尺寸方向上位置变动的最大范围,由定位副的制造误差和配合间隙引起。当工件以平面定位时不存在基准位移误差,以外圆或内孔定位时存在,Y0。2)对刀误差 T 是刀具相对于对刀或导向元件位置不精确而造成的加工误差。钻套、 镗套是钻模、 镗模上的对刀导向元件,T= (B + h +H /2) Xmax/H, Xmax为钻套、 镗套导向孔与钻头、 镗杆的最大间隙;B为工件厚度; H为钻套高度或镗套长度; h为排屑空间的高度。工件薄时,按Xmax计算对刀误差。铣床夹具一般采用对刀块,T=S,S为塞尺厚度S的公差。3)安装误差 A 是夹具在机床上安装位置不精确而造成的加工误差。41若夹具安装基面为平面,则 A=0;车床夹具通常安装在主轴前端,则 A=Xmax, Xmax为夹具安装孔与主轴配合的最大间隙。若在主轴和夹具体之间采用过渡盘,则 A=X1max+X2max, X1max、X2max分别为过渡盘和主轴、 夹具体间的最大配合间隙;铣床夹具通常以两定位键作为机床和夹具的连接元件,则 A=Xmax, Xmax为定位键与工作台T形槽的最大间隙。若加工尺寸在两定位键之外,则还存在转角误差 ,A=Xmax+2Ltg, tg=Xmax/L0,L0为两定位键中心距,L为加工尺寸在导向方向上偏离定位键的距离。4)夹具误差 J 由夹具各元件、 装置以及定位基面间位置不精确引起。夹具误差 J反映在:定位元件相对安装基准的尺寸或位置误差 J1;定位元件相对对刀或导向元件(包含导向元件之间)的尺寸或位置误差 J2;导向元件相对安装基准的尺寸或位置误差 J3;分度误差 F。分度误差为最大分度值与最小分度值之差,按分度装置类型,有直线分度误差和回转分度误差。影响分度误差的主要因素有: x1(对定销与分度套的最大间隙)、x2(对定销与固定套的最大间隙)、e (分度套内、 外圆的同轴度)、2(分度盘两相邻孔距的公差值)。在回转分度中,分度误差还受x3(分度盘回转轴与轴孔间最大间隙)的影响。影响分度误差的各项因素都是独立随机变量,故可按概率法叠加,F=22+ x21+ x22+ e。回转分度误差 =4arctg( (F+2 x3) /4R) ,其中, R为回转中心到分度套中心的距离。在夹具的结构方案拟定后,查阅相应的国家标准机床夹具零件及部件 或机床夹具设计手册 ,初步选定结构参数,就可逐项计算与夹具有关的误差。2 加工精度计算与夹具总图尺寸、 公差标注夹具总图表达夹具的工作原理、 各种装置的结构及其相互关系,而对夹具的基本要求是确保满足工件的加工精度要求,因此,夹具总图上必须标注影响加工精度的这四类尺寸、 公差: 1)影响定位精度的尺寸、 公差(SD) ; 2)影响对刀精度的尺寸、 公差(ST) ; 3)影响夹具在机床上安装精度的尺寸、 公差(SA) ;4)影响夹具精度的尺寸、 公差(SJ)。在确定夹具结构方案的过程中,工件定位、 夹紧、 对刀和夹具在机床上安装等各部分结构以及总体布局会有几种不同的方案可供选择,因而,都应先画出草图,进行必要的计算。对上述与夹具有关的误差计算的公式中,出现的数据就是要在夹具总图上标注的尺寸、 公差。例 在图2所示钢套零件上钻 5 mm孔,设计的钻模如图3所示。图2 钢套钻孔工序图该钻模满足的加工要求有两个:5 mm孔轴线到端面B的距离200. 1 mm;5 mm孔对 20H7孔轴线的对称度0. 1 mm。工件以 20H7孔和其左端面在带凸肩的心轴上定位,采用螺旋轴向夹紧,钻51图3 钻模套导向。防转销钉10防止加工中工件绕心轴旋转。虽然存在过定位,但钻孔前工序保证了端面与20H7孔轴线的垂直度精度较高,=0. 02 mm,与 20H7孔和定位心轴 20f6的最小配合间隙Xmin=0. 02 mm相等,满足Xmin+的条件,故允许。按结构方案逐项计算各项误差,结果列于表1中。表1 加工精度计算与尺寸、 公差标注误差类型误差计算(mm)200. 1对称度0. 1说 明夹具总图上应标注的尺寸、 公差DD=0B=0Y=Xmax=0. 054D=0. 054Xmax为工件定位孔 20H7(+0. 0210)与定位心轴 20f6(- 0. 020- 0. 033)配合的最大间隙20H7/f6(SD)TT=Xmax=0. 052T=Xmax=0. 052Xmax为钻套导向孔 5F7(+0. 022+0. 010)与 钻 头5h9(0- 0. 03)之间的最大间隙0对称度0. 1 mm的 G取0. 033 mm,总加工误差=(0. 054)2+ (0. 052)2+ (0. 03)2+ (0. 033)2mm =0. 087 mmJC=0. 1 - 0. 087 =0. 013 mm 0校核结果表明,该钻模设计方案可行,夹具元件、 装置结构尺寸合理,满足加工要求,可以确定下来,从而完成结构设计工作。如果实际算得JC0,则要对夹具方案、 结构、 尺寸进行调整,逐步完善设计。4 结束语工件加工精度较高时,应进行加工精度分析。虽然机床夹具多种多样,但只要理解各项误差概念,掌握误差计算方法,明确夹具设计过程中要考虑的关键问题,通过加工精度实际计算,便可在夹具总图上正确标注尺寸、 公差;根据加工精度校核结果,确定夹具元件合理的参数,使夹具能更稳定地保证加工要求。参考文献1肖继德,陈宁平.机床夹具设计M .北京:机械工业出版社, 2004.2刘守勇.机械制造工艺与机床夹具M .北京:机械工业出版社, 2002.Analysis of Processi ng Accuracy Based on Machine Tool FixtureL IU Chang - qing(Jingchu University of Technology, Jingmen, Hubei, 448000, China)Abstract:The size and tolerance in machine tool fixture total picture can be tagginged reasonably whenthe processing accurary is analysised. Checking processing accurary can pemonstrate the fixture design